Biomechanika / Základy experimentální biomechaniky / Základní pojmy experimentální biomechaniky

Základní pojmy experimentální biomechaniky

Základní výuku mechaniky nabízejí tyto webové stránky
Neznáte-li přesně charakteristiku nějaké mechanické veličiny, můžete použít (anglický) slovník.

Experimentální biomechanika – pod tento název zařazujeme ty oblasti biomechaniky, které získávají a zpracovávají data z reálných měření na reálných objektech a tato data využívají k analyticko-syntetickým studiím. Dále pak experimentální biomechanika využívá možností matematicko-fyzikálního modelování, sloužícího k získání hlubších informací nebo k získání informací, které nejsou reálně dostupné. Pomocí modelování, simulací a měření verifikuje dosažené výsledky a využívá je k řešení konkrétních praktických otázek, ale i teoretických podkladů a teorií.

Obecně metody (biomechaniky) lze rozdělit na metody přímé – získáváme data přímým měřením (např. dynamografická platforma Kistler, stopky apod. a nepřímé – data získáváme zprostředkovaně např. dalšími výpočty. Např. výpočet průběhu zrychlení sledovaného místa na těle člověka z kinematografického záznamu). Další kritérium dělení – metody invazivní – jistým způsobem „ omezují, obtěžují „ sledovaný subjekt ( akcelerometr připoutaný na zápěstí ) a metody neinvazivní, které prakticky měří nebo zaznamenávají data bez omezujícího vlivu na subjekt ( kinematografický záznam, měření času atd.).

Základní metrologické charakteristiky  

Analýza pohybu tvoří metodický postup, který vede v retrospektivě k analytickému popisu všech pohybů a souhybů živého organismu při řešení daného pohybového úkolu.

Syntéza pohybu je metodický postup, který vede k inversnímu řešení analýzy. Syntéza sleduje skladbou dílčích pohybů a souhybů dosažení takového zobrazení celkového pohybu, které by dále sloužilo jako vzor pro jeho případnou následnou realizaci. Formálními prostředky k dosažení tohoto cíle jsou simulace a animace ( např. v prostředí počítačové virtuální reality apod.).

Chyba měření: Rozdíl hodnoty naměřené a hodnoty správné. Je-li naměřená hodnota větší než správná, je chyba kladná. U veličin, které se mění s časem zcela nepravidelně a náhodně, správnou hodnotu neznáme. Proto se provádí větší počet měření a z nich vypočítáme nejpravděpodobnější hodnotu (obvykle aritmetický průměr). Chyba se uvádí u výsledku pro posouzení jeho spolehlivosti.

Chyba měření náhodná: (chyba měření nepravidelná) chyba způsobená nahodilými vlivy nepravidelně kolísajícími. Platí pro ni přibližně dva statistické zákony: 1. chyby kladné jsou stejně časté jako chyby záporné, 2. chyby malé jsou četnější než velké.

Chyba měření soustavná: chyba způsobená jedním nebo několika soustavnými vlivy, tj. vlivy v jisté míře stálého charakteru. Analyzujeme-li tyto vlivy, můžeme je z měření vyloučit vhodnými korekcemi. Tyto chyby mohou být způsobeny měřícím přístrojem, metodou nebo osobou pozorovatele. Člověk zanáší do procesu měření chyby subjektivní, na rozdíl od chyb přístrojů – chyby objektivní.

Absolutní chyba - odchylka naměřené hodnoty od skutečné ( pravé ) hodnoty veličiny v jejích jednotkách.

Relativní chyba - velikost absolutní chyby k naměřené hodnotě. Často se vyjadřuje v procentech.

Systematické chyby – jsou způsobeny kontrolovatelnými vlivy:

  • nepřesnost přístrojů – vyjádřitelná
  • chyby použitých metod
  • osobní chyby

Náhodné chyby – jsou způsobeny vlivy nekontrolovatelnými – neměřená změna vlhkosti atd.

Další pojmy z kapitol měření – normální Gaussovo rozdělení veličin – při opakovaných měřeních téže veličiny znázorňuje roztřídění hodnot – závislost absolutní četnosti naměřených hodnot.

Zpracováním naměřených dat a jejich interpretací se zabývá matematická statistika. Využitím matematických metod můžeme minimalizovat reálně existující chyby, jimiž jsou zatížena experimentálně získaná datová pole. Existuje celá řada analytických metod. Mezi ně patří např. aproximace pomocí goniometrických funkcí, exponenciálních funkcí, Fourrierových rozvojů, splainů, které mají výhodu za jistých podmínek dobrý FIT tj. těsnosti nalezené aproximace ke změřeným diskrétním bodům. Dobré výsledky vykazuje metoda polynomické aproximace polynomy n-tého stupně.


Experimentální biomechanika Nahoru Základní metody